مستو (رياضيات)

في الفضاء الإقليدي ثلاثي الأبعاد، تتحقق الخصائص الآتية (والتي لا تتحقق إذا كان عدد الأبعاد يتجاوز الثلاثة) :

• مستويان قد يكونا متوازيين وقد يكونا متقاطعين في مستقيم ما. لا ثالث لهاتين الحالتين.
• مستقيم ما قد يكون موازيا لمستوى ما، أو قد يكون متقاطعا معه في نقطة، أو قد يكون ضمنه.
• مستقيمان عموديان على نفس المستوى هما مستقيمان متوازيان.
• مستويان عموديان على نفس المستقيم هما مستويان متوازيان.

كل ثلاث نقط لا تقع على استقامة واحدة تمثل مستوى واحدا. ليكن p₁=(x₁, y₁, z₁)، p₂=(x₂, y₂, z₂)، و p₃=(x₃, y₃, z₃) ثلاث نقط لا تنتمي إلى نفس المستقيم.

المستوى المار بالنقط p₁، p₂، و p₃ يمكن أن يحدد بشكل وحيد بكونه مجموعة جميع النقط (x،y،z) اللائي يحققن معادلات المحدد التالية:

${\displaystyle {\begin{vmatrix}x-x_{1}&y-y_{1}&z-z_{1}\\x_{2}-x_{1}&y_{2}-y_{1}&z_{2}-z_{1}\\x_{3}-x_{1}&y_{3}-y_{1}&z_{3}-z_{1}\end{vmatrix}}={\begin{vmatrix}x-x_{1}&y-y_{1}&z-z_{1}\\x-x_{2}&y-y_{2}&z-z_{2}\\x-x_{3}&y-y_{3}&z-z_{3}\end{vmatrix}}=0.}$

من أجل تحديد معادلة مستوى على الشكل ${\displaystyle ax+by+cz+d=0}$، ينبغي حلحلة نظام المعادلات التالي:

${\displaystyle \,ax_{1}+by_{1}+cz_{1}+d=0}$

${\displaystyle \,ax_{2}+by_{2}+cz_{2}+d=0}$

${\displaystyle \,ax_{3}+by_{3}+cz_{3}+d=0.}$

يمكن أن يُحلحل هذا النظام باستعمال قاعدة كرامر بالإضافة إلى التعامل مع العمليات الأساسية للمصفوفات. ليكن

${\displaystyle D={\begin{vmatrix}x_{1}&y_{1}&z_{1}\\x_{2}&y_{2}&z_{2}\\x_{3}&y_{3}&z_{3}\end{vmatrix}}}$.

إذا كان D مختلفا عن الصفر (الأمر كذلك بالنسبة للمستويات اللائي لا يمررن بأصل المَعلم) قيم الأعداد a و b و c يمكن أن يُحسبن كما يلي:

${\displaystyle a={\frac {-d}{D}}{\begin{vmatrix}1&y_{1}&z_{1}\\1&y_{2}&z_{2}\\1&y_{3}&z_{3}\end{vmatrix}}}$

${\displaystyle b={\frac {-d}{D}}{\begin{vmatrix}x_{1}&1&z_{1}\\x_{2}&1&z_{2}\\x_{3}&1&z_{3}\end{vmatrix}}}$

${\displaystyle c={\frac {-d}{D}}{\begin{vmatrix}x_{1}&y_{1}&1\\x_{2}&y_{2}&1\\x_{3}&y_{3}&1\end{vmatrix}}.}$

تتعلق هذه المعادلات بالعدد d. بإعطاء قيمة معينة مختلفة عن الصفر للعددd وبتعويضها في هذه المعادلات سيعطي مجموعة حلول واحدة.

يمكن أن يُحدد هذا المستوى أيضا بنقطة وبالمتجهة العمودية. تعطى متجهة مناسبة لهذا الهدف باستعمال الضرب الاتجاهي

${\displaystyle \mathbf {n} =(\mathbf {p} _{2}-\mathbf {p} _{1})\times (\mathbf {p} _{3}-\mathbf {p} _{1}),}$

أما بالنسبة للنقطة r₀ فيمكن أن تكون واحدة من النقط الثلاث المعلومات p₁،p₂ أو p₃.[1]

الزاوية الزوجية تتشكل بين أي مستويين يتقاطعان.